Kraftar í mismunandi áttir
- Þjöppunarkraftur
- Togkraftur (spenna)
- Skerkraftur
- Snúningur
- Beygja
Meginreglur Newtons
Til að skilja krafta og áhrif þeirra á hreyfingar manna er gott að þekkja eðlisfræðilögmálin sem Sir Isaac Newton setti fram og stjórna hreyfingu allra hluta;
Tregða : Allt sem fer á sama hraða og í sama átt svo lengi sem enginn kraftur verkar á það. Með öðrum orðum, krafturinn sem þarf til að koma hlut af stað og til að vinna gegn eða stöðva hlut sem er þegar á hreyfingu. Tregða hlutar er í réttu hlutfalli við massa hans. Til dæmis, ef þú ert að lyfta lóðum, þá þarf þyngri þyngd meiri kraft bæði til að koma henni af stað og til að hægja á eða stöðva hreyfingu hennar en léttari þyngd gerir.
Hröðun og skriðþungi; F = ma Kraftur er háður massa og hröðun. Þessi lögmál segir að krafturinn (F) sem verkar á hlut sem hreyfist í tiltekna átt sé jafn massa hlutarins (m) margfaldaður með hröðun hans (a): F = ma.
Af þessu sjáum við að hröðun hlutar er í réttu hlutfalli við stærð kraftsins sem beitt er: a = F / m. Þannig að hröðun hlutar fer eftir því hversu fast þú ýtir á hann, deilt með massa hans. Því fastar sem þú ýtir eða togar í eitthvað, því hraðar mun það flýta sér í átt að kraftinum. Annað lögmálið á einnig við um hraða hlutar. Línulegur eða hornmóment er magn skriðþunga sem hreyfanlegur hlutur hefur og er jafnt massa hans margfaldað með hraða hans. Þetta þýðir að hægt er að auka skriðþunga hlutar með því að auka massa hans eða hraða. Þannig að þegar þú lyftir 10 kg lóði og síðan 20 kg lóði á sama hraða, mun 20 kg lóðið hafa meiri hraða. Að lyfta 10 kg lóði á miklum hraða krefst meiri krafts en að lyfta sömu lóði á lægri hraða, jafnvel þótt viðnámið sé það sama. Því meiri skriðþungi sem eykst, því meiri kraftur þarf einnig til að stöðva eða breyta um stefnu. Skriðþungi getur verið jákvæður kraftur þegar spilað er íþróttir eins og fótbolta þar sem leikmenn hlaupa niður völlinn í von um að andstæðingar þeirra geti ekki jafnað hraða þeirra. En í stigvaxandi líkamsræktarþjálfun verður þinn eigin líkami að geta stöðvað skriðþungann sem þú býrð til. Of mikill skriðþungi getur valdið meiðslum, sérstaklega þegar unnið er með lóð. Styrktarþjálfun ætti að fara fram á hraða sem er undir fullri vöðvastjórnun. Með öðrum orðum, ef þú „svindlar“ með því að hefja hreyfingu með skriðþunga frá öðrum líkamshluta en þeim sem þú ert að einbeita þér að, getur drifkraftur þyngdarinnar sem hreyfist verið meiri en geta vöðvans til að hægja á henni og stöðva hana.
Áhrifa-viðbragðsreglan; Öllum kröftum sem verka á kyrrstæðan hlut er mótvirkt af jöfnum og gagnstæðum krafti. Þannig er fyrir hverja aðgerð jafnt og gagnstætt viðbragð. Þetta lögmál á við um krafta sem líkaminn verður að taka á sig við athafnir eins og hlaup, hopp og þolþjálfun með miklum álagsþörfum. Ofnotkun og álagsmeiðsli geta stafað af vanhæfni líkamans til að standast högg- og viðbragðskrafta. Áhrifin á fætur og líkama aukast hratt, sérstaklega hjá stærri einstaklingum eða við athafnir með mikilli hröðun. Lendingarkrafturinn er massi líkamans (m) sinnum aukin hröðun hans (a). Líkaminn beitir krafti (m × a) á jörðina, jörðin beitir jöfnum og gagnstæðum viðbragðskrafti á líkamann sem verður að dreifa í gegnum höggdeyfandi uppbyggingu hans. Meiðsli verða oft þegar líkaminn er rangstilltur, þannig að kraftarnir dreifast ekki jafnt eða eru einbeittir í vefjum sem eru ekki hannaðir til að taka á sig svona sterka krafta. Þetta skýrir enn frekar hvers vegna ofnotkunar- og álagsmeiðsli geta einnig komið fyrir í þyngdarþjálfun þar sem mikill skriðþungi er þáttur: kraftur vefjanna sem taka þátt í að stöðva hreyfinguna verður að passa við massa lóðsins og massa líkamshlutans margfaldaðan með hröðun lóðsins og líkamshlutans.
Dæmi um vogarkerfi í líkamanum
X = Snúningsás
F (Biceps skammstöfun) = Drifkraftur
R (Þyngd í hendi) = Viðnámskraftur
Fa (kraftur tvíhöfða × lengd milli festingar tvíhöfða og snúningsáss) = Stöng drifkraftsins
Ra (Þyngd × fjarlægð frá snúningsás) = Viðnámsstöng
Þegar kraftur verkar á stöng í einhverri fjarlægð frá snúningsásnum, verður snúningsáhrif. Þessi snúningur kallast drifkraftur. Stærð drifkraftsins er fundin með því að margfalda kraftinn með lengd stöngarinnar (hornrétt fjarlægð frá snúningsásnum). Þess vegna er F × Fa tog drifkraftsins (biceps) og R × Ra er tog viðnámsins. Snúningur á sér stað í þá átt sem hefur meira tog.
Dæmi um útreikning á drifkrafti
Viðskiptavinur sem heldur á lóði í hendi sér er beðinn um að halda því kyrrum í 90 gráðu beygjuhorni við olnbogaliðinn. Krafturinn frá lóðinu og handleggshlutanum er talinn vera 10 kg. Olnbogabeyjurnar eru taldar virka í 5 cm hornréttri fjarlægð frá olnbogaliðnum. Lengd vogararmsins (lóð + handleggshluti) er 38 cm. Hvert er tog olnbogabeyjanna í jafnvægiskerfi?
Til að reikna út tog olnbogabeygjarans skal nota eftirfarandi jöfnu:
R × Ra = F × Fa
10 kg × 38 cm = 380 kg-cm
Í jafnvægiskerfi væri tog viðnámsins og tog olnbogabeygjanna jöfn 380 kg-cm.
Til að svara spurningunni um hversu mikinn kraft þarf að mynda til að halda 10 kg lóðinu stöðugu, leysið fyrir F:
Rx × Ra = F × Fa
10 kg × 38 cm = F × 5 cm
380 kg-cm = F × 5 cm
380 kg-cm / 5 cm = F
F = 76 kg
R = Viðnám, Ra = Viðnámsarmur, F = Drifkraftur; Fa = Kraftarmur
Vöðvakraftframleiðsla
Samband lengdar og spennu
Mynd 1. Samband lengdar og spennu. Hvernig vöðvinn myndar kraft eftir því hversu langur hann er.
Samband vöðvalengdar og spennu
Samband vöðvalengdar og spennu er sambandið milli lengdar vöðvaþráðarins og kraftsins sem hann framleiðir á þeirri lengd. Þessi lengd vísar til lengdar einstakrar vöðvaþráðar og er háð staðsetningu aktín- og mýósínþráða í sarkómerunum eins og sést á myndinni hér að ofan.
Kraft-hraðakúrfa
Mynd 2 Samband krafts og hraða. Hvernig vöðvinn myndar kraft í tengslum við samdráttarhraða og tegund samdráttar.
Kraft-hraðakúrfan sem sýnd er hér að ofan sýnir hegðun einstakra vöðvaþráða. Þó flestir geri ráð fyrir að þetta samband sé varðveitt yfir vöðva-/sinakerfishluta líkamans, þá er það í raun miklu flóknara en það. Til dæmis eru vísbendingar í sumum hreyfingum um að þó að heildarlengd vöðvans sé að aukast (virðist vera miðlægur samdráttur), þá eru vöðvaþræðirnir í raun að dragast saman sammiðja (styttast), þar sem mismunurinn kemur upp í lengingu á þeim hlutum vöðvans sem ekki dragast saman (sina og bandvef). Þar sem kraftframleiðsla er að miklu leyti undir áhrifum þessara bygginga, verður veruleikinn flóknari en hefðbundið kraft-hraða samband.
Vöðvar og kraftframleiðsla
Fjöldi og stærð vöðvaþráða, gerð og uppsetning þráðanna, og taugafræðileg þjálfun og nýliðun eru allt þættir sem hafa áhrif á getu vöðva til að mynda kraft. Það eru til nokkrar gerðir af vöðvasamsetningum, þar á meðal pennate (einpennate, tvípennate, fjölpennate) og langsum (fusiform) vöðvar. Pennate vöðvar eru hannaðir til að framleiða meiri kraft en langsum vöðvar. Flestir vöðvar í líkamanum eru pennate, þar sem þræðirnir liggja á ská miðað við togáttina, sem venjulega er talin vera bein lína milli tveggja festingarpunkta vöðvans.
Penniform vöðvar leyfa fleiri trefjum að vera pakkað inn í tiltekið þversniðsflatarmál, sem gerir fleiri trefjum kleift að leggja sitt af mörkum til kraftframleiðslu. Fjórhöfðavöðvinn er dæmi um penniform vöðva sem getur framleitt verulegan kraft og festipunktar hans eru tiltölulega langt frá hreyfanlegum liðum.
Langsvöðvar eru langir og mjóir með samsíða þráðum sem liggja í sömu átt og vöðvinn. Þessi tegund af uppröðun gerir kleift að draga hratt saman, en vegna þess að þversniðið er lítið er samdráttarkrafturinn takmarkaður. Sartorius og Rectus Abdominis eru dæmi um langsvöðva.
Líffærafræðilegir, lífeðlisfræðilegir og lífvélrænir þættir eru mikilvægir við að ákvarða viðeigandi mótstöðu fyrir skjólstæðing og við hönnun þjálfunaráætlana. Uppbygging vöðvans gefur miklar upplýsingar um aðalhlutverk hans og hvernig hann ætti að vera þjálfaður.